機械設計CAI電子教案：第11章 蝸桿傳動 2

1、第11章蝸桿傳動11-1蝸桿傳動概述11-2蝸桿傳動的類型11-3普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸11-4普通蝸桿傳動的承載能力計算11-6圓柱蝸桿與蝸輪的結構設計11-5蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制11-1蝸桿傳動 概述 作用： 用于傳遞交錯軸之間的回轉運動和動力。 蝸桿主動、蝸輪從動。90形成：若單個斜齒輪的齒數(shù)很少（如z1=1）而且1很大時，輪齒在圓柱體上構成多圈完整的螺旋。11所得齒輪稱為 蝸桿,而嚙合件稱為 蝸輪。蝸桿22蝸輪揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制改進措施：將刀具做成蝸桿狀，用范成法切制蝸輪，所得蝸輪

2、蝸桿為線接觸。點接觸優(yōu)點： 傳動比大、結構緊湊、傳動平穩(wěn)、噪聲小。分度機構：i=1000, 通常i=880缺點： 傳動效率低、蝸輪齒圈用青銅制造，成本高。線接觸揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 圓柱蝸桿11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 環(huán)面蝸桿錐蝸桿 錐蝸桿傳動中，蝸桿是由在節(jié)錐上分布的等導程的螺旋形成的，而蝸輪在外觀上就像一個曲線錐齒輪，它是用與錐蝸桿相似的錐滾刀在普通滾齒機加工而成的。揚州大學專用 作者： 潘存云教授 類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動

3、 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿的齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。潘存云教授研制普通圓柱蝸桿揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿圓弧圓柱蝸桿傳動與普通圓柱蝸桿傳動的區(qū)別僅是加工用的車刀為圓弧刀刃。傳動特點：1）傳動效率高，一般可達90%以上；2）承載能力高，約為普通圓柱蝸桿的1.52.5倍；3）結構緊湊。揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2

4、蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 阿基米德螺線2阿基米德蝸桿單刀加工阿基米德蝸桿(ZA)揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 阿基米德蝸桿(ZA)阿基米德蝸桿雙刀加工潘存云教授研制阿基米德螺線揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米

5、德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 漸開線蝸桿(ZI)漸開線蝸桿漸開線基圓揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 潘存云教授研制dx延伸漸開線車刀對中齒厚中心法面法向直廓蝸桿(ZN)揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 法向

6、直廓蝸桿(ZN) dx延伸漸開線 2車刀對中齒槽中心法面揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿(ZK)2近似于阿基米德螺線是一種非線性螺旋齒面蝸桿。不能在車床上加工，只能在銑削或磨削，加工時工件作螺旋運動，刀具作旋轉運動。砂輪揚州大學專用 作者： 潘存云教授 類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法

7、向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 環(huán)面蝸桿傳動特點： （1）傳動效率高，一般可達85 % 90%；（2）承載能力高，約為阿基米德蝸桿的24倍；（3）要求制造和安裝精度高。潘存云教授研制環(huán)面蝸桿揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制類型環(huán)面蝸桿傳動 圓柱蝸桿傳動 11-2蝸桿傳動的類型錐蝸桿傳動 普通圓柱蝸桿傳動 圓弧圓柱蝸桿傳動 阿基米德蝸桿漸開線蝸桿 法向直廓蝸桿 錐面包絡圓柱蝸桿 錐蝸桿傳動特點： 錐蝸桿（1）同時接觸的點數(shù)較多，重合度大； （2）傳動比范圍大，一般為10360； （3）承載能力和傳動效率高； （4）制造安裝簡便，工藝性好。 阿基米德蝸桿最常用揚州大學專用 作者： 潘

8、存云教授 潘存云教授研制d蝸桿旋向：左旋、右旋(常用)11精度等級：對于一般動力傳動，按如下等級制造：v17.5 m/s 7級精度v1 3 m/s 8級精度v112 m/s時 ZCuSn10P1錫青銅制造。vS 12 m/s時 ZCuSn5Pb5Zn5錫青銅vS 6 m/s時 ZCuAl10Fe3鋁青銅。vS 2 m/s時球墨鑄鐵、灰鑄鐵。11-4普通蝸桿傳動的承載能力計算蝸桿傳動的特點是齒面相對滑動速度大，導致發(fā)熱嚴重和磨損加劇。二、蝸桿傳動的常用材料 揚州大學專用 作者： 潘存云教授 三、蝸桿傳動的設計準則 * 蝸桿的剛度計算 * 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算* 蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算為

9、了防止齒面過度磨損引起的失效，應進行* 傳動系統(tǒng)的熱平衡計算 為了防止蝸桿剛度不足引起的失效，應進行為了防止過熱引起的失效，就要進行 揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制四、圓柱蝸桿傳動的受力分析Ft2Fr2Fa2Ft1Fr1Fa12法向力可分解為三個分力：圓周力Ft軸向力Fa徑向力Fr且有如下關系：Ft1 = Fa2 Fr1 = Fr2 Fa1 = Ft2 =2T1 / d1 =2T2 / d2 = Ft2 tan式中T1 、T1分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。T2= T1 i 2揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制11p212p由相對運動

10、原理可知v2 = v1 + vS 齒面間滑動速度vS= v1 / cos vS = v2 2+ v1 2作速度向量圖，得v2 = v1 tan蝸輪的轉向v222CW蝸輪轉向的確定 vSttv1v2揚州大學專用 作者： 潘存云教授 作者：潘存云教授作者：潘存云教授設計：潘存云設計：潘存云1112p12p右旋蝸桿：伸出左手，四指順蝸桿轉向，則蝸輪的 切向速 度vp2的方向與拇指指向相同。用手勢確定蝸輪的轉向：左旋蝸桿：用右手判斷，方法一樣。22v2v2模型驗證因蝸輪蝸桿相當于螺旋副的運動，有一種實用且簡便的轉向判別方法：ar1r2揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制蝸桿傳

11、動受力方向的判定 12pFt2Fa1Fr1Fr22(2)蝸輪切向力指向與其轉動方向一致，且 Ft2=-Fa1 ；(4)蝸輪蝸桿所受徑向力垂直于各自的軸線， 且 Ft1=-Fa2 。(3)蝸桿切向力指向與其轉動方向相反，且 Ft1=-Fa2 ； (1)蝸桿所受扭矩T1與轉動方向1一致；T1T111Ft1Ft1Fa2Fa2揚州大學專用 作者： 潘存云教授 五、 圓柱蝸桿傳動的強度計算齒面接觸強度校核公式：L0 KFnH = ZEa3KT2= ZEZ H 由上式可得設計公式：式中K為載荷系數(shù)，取K = KA Kv K Z接觸線長度和曲率半徑對接觸強度的影響系數(shù)。蝸輪齒面的接觸強度計算與斜齒輪相似，仍

12、以赫茲公式為基礎。以蝸輪蝸桿的節(jié)點處嚙合相應參數(shù)代入即可。赫茲公式: a KT2H ZEZ23H 許用接觸應力按下表選取。(1)接觸強度 揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 d1/a3.6 3.2 2.8 2.4 2.0 影響系數(shù)ZZC蝸桿使用系數(shù)KA工作類型 I II III 載荷性質(zhì) 均勻、無沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊 每小時啟動次數(shù) 50 起動載荷 小 較 大 大 KA 1 1.15 1.2 動載系數(shù)Kv ， 當V2 3 m/s , Kv=11.1 當V23 m/s , Kv=1.11.

13、2 齒向載荷分布系數(shù)K ，當載荷平穩(wěn)時 ,取K =1 當載荷變化時 ,取K =1.11.3 ZA,ZI,ZN,ZK蝸桿揚州大學專用 作者： 潘存云教授 灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應力H MPa材 料 滑動速度 vs/(m/s)蝸 桿 蝸 輪 45 其他情況 HRC45 HRC45 其它 滑動速度 fv v fv v fv v fv v fv v 0.01 0.11 6 170.12 651 0.18 10120.18 10120.19 10450.10 0.08 4 34 0.09 543 0.13 724 0.14 758 0.16 9050.50 0.055 309 0.065 34

14、3 0.09 509 0.09 509 0.1 5431.00 0.045 235 0.055 309 0.07 4 0.07 4 0.09 509 2.00 0.035 2 0.045 235 0.055 309 0.07 4vs /(m/s)揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制蝸桿加工困難 過大當 28 時，效率增加很少。當 v 時，蝸桿具有自鎖性，但效率很低。50%=（0.950.96）tan(+v )tan 分析上述公式不直觀，工程上常用以下估計值。閉式傳動：z1=1 =0.700.75z1=2 =0.750.82z1=4 =0.870.92z1=1、2 =0.600.70

15、開式傳動：0 10 20 30 40 50 20406080100效率/(%) 在=45-/2 處效率曲線有極大值。f v =tanv =0.12對動力傳動，宜采用多頭蝸桿自鎖極限一般取 510 1015 1525 25 載荷類型 重 重 中 （不限）（不限） （不限）（不限）900 500 350 220 150 100 80 運動粘度 v/cSt（40 ）蝸桿傳動的相對滑動速度vs/(m/s)給油方法 油池潤滑 噴油潤滑或 油池潤滑 噴油壓力 MPa 0.7 2 3 表11-5蝸桿傳動的潤滑油粘度薦用值及給油方法當vs 510 m/s時，采用油池浸油潤滑。為了減少攪油損失，下置式蝸桿不宜浸

16、油過深，約為一個齒高。當vs 1015 m/s時，采用壓力噴油潤滑。當v1 4 m/s時，采用蝸桿在上的結構。ra/3 一個齒高揚州大學專用 作者： 潘存云教授 三、蝸桿傳動的熱平衡計算由于蝸桿傳動效率低，發(fā)熱量大，若不及時散熱，會引起箱體內(nèi)，油溫升高，潤滑失效，導致輪齒磨損加劇，甚至出現(xiàn)膠合。因此，對連續(xù)工作的閉式蝸桿傳動必須進行熱平衡計算由熱平衡條件H1= H2, 得：ta = ta + d S1000P1(1-) 其中P1 蝸桿傳遞的功率；d表面散熱系數(shù)；一般取d=8.1517.45 W/(m2 )S散熱面積(m2), 指箱體外壁與空氣接觸而內(nèi)壁被油飛濺到的箱殼面積。對于箱體上的散熱片，

17、其散熱面積按50%計算。摩擦損耗產(chǎn)生的熱量 H1=1000P1(1-) 箱璧散發(fā)的熱量 H2=d S(t0- ta ) 蝸桿傳遞的效率；t0工作油溫，一般取60 70 ta工作環(huán)境溫度，一般取20 保持工作溫度所需散熱面積S = m2d (t0 - ta)1000P1(1-) 揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制 當工作油溫 t0 80 或散熱面積不足時，應采取散熱措施：（1）增加散熱面積加散熱片；（2）提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 加風扇、冷卻水管、循環(huán)油冷卻。油泵冷卻器冷卻水揚州大學專用 作者： 潘存云教授 潘存云教授研制蝸桿的結構:通常與軸制成一體z1=1或2時：b1 (11+0.06z2)mz1= 4時: b1 (12.5+0.09z2)mb1 蝸桿軸蝸桿長度b1的確定：12-6 圓柱蝸桿與蝸輪的結構設計(1)無退刀槽結構：加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。